DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-025-00677-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41513679
تاريخ النشر: 2026-01-09
المؤلف: Song Xu وآخرون
الموضوع الرئيسي: البروبيوتيك والأطعمة المخمرة
نظرة عامة
تتناول الدراسة تحدي الاستقرار المحدود لـ *Lactobacillus reuteri* في التركيبات السائلة، مما يؤثر على فعاليتها كمنتج بروبيوتيك. لتعزيز تطبيقها، تم تطوير نموذجين للتغليف الدقيق – الإفراج البطيء والإفراج السريع. من خلال تجارب عامل واحد ومنهجية سطح الاستجابة، تم تحسين عملية التغليف، حيث تم تحقيق كفاءة تغليف بنسبة 88.64% لنموذج الإفراج البطيء، بينما أظهر نموذج الإفراج السريع معدل إفراج تراكمي قدره 83.3%. أظهرت خصائص الهيكل أن الكبسولات الدقيقة تمتلك أسطحًا كثيفة وسلسة مع هياكل داخلية مسامية، وكشفت اختبارات استقرار التخزين أن درجات الحرارة المنخفضة (4°C) حافظت بشكل فعال على حيوية البكتيريا.
في نموذج التهاب القولون الناتج عن DSS في الفئران، خففت الكبسولات الدقيقة ذات الإفراج السريع بشكل كبير من أعراض المرض، بما في ذلك فقدان الوزن، وتقليل طول القولون، وعدم توازن السيتوكينات الالتهابية، وتلف الغشاء المخاطي. بالإضافة إلى ذلك، أشار تحليل 16S rRNA إلى أن نظام الإفراج السريع سهل استعادة ميكروبيوتا الأمعاء في الفئران المصابة بالتهاب القولون إلى مستويات مشابهة لمجموعة التحكم الصحية. تؤسس هذه الأبحاث منصة تكنولوجية جديدة للإفراج المنظم والتوصيل المستهدف للبروبيوتيك، مما يشير إلى إمكانيات كبيرة لتطوير منتجات علاجية حية (LBPs).
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية البروبيوتيك، وخاصة *Limosilactobacillus reuteri* (L. reuteri)، في تعزيز صحة الأمعاء ومعالجة اضطرابات متنوعة مثل السمنة ومرض الأمعاء الالتهابي. تُعرف البروبيوتيك بأنها كائنات دقيقة حية تمنح فوائد صحية عند إعطائها بكميات كافية (≥10⁸ CFU/mL). على الرغم من إمكانياتها، تواجه التركيبات السائلة التقليدية تحديات تتعلق بالاستقرار والحيوية أثناء الانتقال عبر الجهاز الهضمي، مما يحد من فعاليتها العلاجية. لقد أظهرت *L. reuteri*، وهي بروبيوتيك شائعة توجد في العديد من الثدييات، فوائد في تحسين التهاب القولون وقد تساعد في تخفيف القلق والاكتئاب، بالإضافة إلى تعزيز صحة الأمعاء في الماشية.
تسلط الورقة الضوء على قيود توصيل البروبيوتيك عن طريق الفم، بشكل أساسي بسبب التحلل بواسطة حمض المعدة والإنزيمات الهضمية، مما يؤدي إلى انخفاض التوافر البيولوجي. لقد ظهرت تقنية التغليف الدقيق كاستراتيجية قابلة للتطبيق لتعزيز بقاء البروبيوتيك من خلال حماية الخلايا الحية داخل مصفوفات تحميها من الضغوط البيئية. تركز الدراسة على تطوير نظامين من الكبسولات الدقيقة باستخدام ألجينات الصوديوم (SA) والكيتوزان (CS) لتحسين استقرار وملف الإفراج عن *L. reuteri*. يوفر SA توافقًا حيويًا وخصائص تشكيل الجل، بينما يعزز CS الاستقرار ويقدم فوائد حماية إضافية. تهدف الأبحاث إلى تحسين كفاءة التغليف وديناميكيات الإفراج لتحسين كفاءة استعمار *L. reuteri* في الجهاز الهضمي.
الطرق
في هذه الدراسة، تم اختيار فئران C57BL/6 لإجراءات التجارب، مع مراقبة تغييرات وزنها أسبوعيًا. تم جمع عينات البراز وتخزينها عند -80°C لمزيد من التحليل. عند الانتهاء من التجربة، تم الحصول على عينات الدم من خلال جمعها من العين، تلتها عملية الطرد المركزي عند 4 °C و1006.2 جرام لمدة 20 دقيقة لعزل الطور العلوي، الذي تم تخزينه أيضًا عند -80 °C.
سمح تشريح الفئران بجمع المعدة، والأمعاء الدقيقة، والقولون، ومحتوياتها. تم توثيق طول القولون، الذي تم قياسه من الشرج إلى الأعور، من خلال الصور والقياسات المسجلة. بالإضافة إلى ذلك، تم الحفاظ على قطعة بطول 1 سم من نسيج القولون في أنبوب طرد مركزي معقم، مثبتة بـ 4% من الفورمالديهايد، وتم تخزينها عند -80 °C للتحليل اللاحق.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود علاقة واضحة بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. من الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين ملحوظ في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05 تشير إلى دلالة إحصائية.
علاوة على ذلك، يتم توضيح النتائج من خلال أشكال وجداول متنوعة، والتي توفر تمثيلًا بصريًا لاتجاهات البيانات وتدعم الاستنتاجات المستخلصة. تشير النتائج إلى أن الإطار النظري المقترح في الدراسة تم التحقق منه من خلال الأدلة التجريبية، مما يعزز الفرضية بأن الظروف المحددة التي تم اختبارها تؤدي إلى نتائج إيجابية. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة للجسم المعرفي القائم في هذا المجال، مما يشير إلى طرق محتملة للبحث المستقبلي.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في الدراسة الضوء على تطوير وتقييم نموذجين للتغليف الدقيق للبروبيوتيك *L. reuteri* A-1، بهدف تعزيز بقائها عبر الجهاز الهضمي. تشير النتائج إلى أن *L. reuteri* A-1 تظهر تحملًا ضعيفًا للحمض في عصارة المعدة المحاكية، مع بقاء 7.2% فقط بعد ساعتين، بينما تظهر بقاءً قويًا في عصارة البنكرياس المحاكية (93.08% بقاء بعد 4 ساعات). كشفت ديناميكيات النمو أن زراعة لمدة 24 ساعة في وسط MRS تعظم الكتلة الحيوية، بينما يؤدي تمديد مدة الزراعة إلى زيادة تراكم المستقلبات. تضمنت تحسين صيغة الكبسولة الدقيقة تغيير تركيزات ألجينات الصوديوم، والكيتوزان، وCaCl₂، مما أدى إلى معدل تغليف قدره 88.64% تحت الظروف المثلى، تم التحقق منها بواسطة منهجية سطح الاستجابة.
أظهرت التقييمات الحية أن كلا النموذجين للتغليف الدقيق حسنا من تأثيرات البروبيوتيك الواقية ضد التهاب القولون الناتج عن DSS، مع استعادة ملحوظة لوزن الجسم وطول القولون مقارنة بالمجموعات الضابطة غير المعالجة. أظهر نموذج الإفراج السريع فعالية متفوقة في تعديل السيتوكينات الالتهابية وزيادة إنتاج الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة، مما يشير إلى استعمار أكثر فعالية وإمكانات علاجية. تؤكد الدراسة على أهمية أنظمة التوصيل المستهدفة والإفراج المنظم في معالجة قيود *L. reuteri* A-1، وخاصة حساسيتها لحمض المعدة، مما يحسن من تطبيقها في العلاجات البروبيوتيك لمرض الأمعاء الالتهابي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-025-00677-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41513679
Publication Date: 2026-01-09
Author(s): Song Xu et al.
Primary Topic: Probiotics and Fermented Foods
Overview
The study addresses the challenge of limited stability of *Lactobacillus reuteri* in liquid formulations, which affects its efficacy as a probiotic. To enhance its application, two microencapsulation models—slow-release and quick-release—were developed. Through single-factor experiments and response surface methodology, the encapsulation process was optimized, achieving an embedding efficiency of 88.64% for the slow-release model, while the quick-release model exhibited a cumulative release rate of 83.3%. Structural characterization indicated that the microcapsules possessed dense, smooth surfaces with internal porous structures, and storage stability tests revealed that low temperatures (4°C) effectively preserved bacterial viability.
In a DSS-induced murine colitis model, the quick-release microcapsules significantly mitigated disease symptoms, including weight loss, colon shortening, inflammatory cytokine imbalance, and mucosal damage. Additionally, 16S rRNA analysis indicated that the quick-release system facilitated the restoration of gut microbiota in colitis mice to levels comparable to healthy controls. This research establishes a novel technological platform for the controlled release and targeted delivery of probiotics, suggesting substantial potential for the development of live biotherapeutic products (LBPs).
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of probiotics, particularly Limosilactobacillus reuteri (L. reuteri), in promoting gut health and addressing various disorders such as obesity and inflammatory bowel disease. Probiotics are defined as live microorganisms that confer health benefits when administered in adequate amounts (≥10⁸ CFU/mL). Despite their potential, conventional liquid formulations face challenges related to stability and viability during gastrointestinal transit, which limits their therapeutic efficacy. L. reuteri, a common probiotic found in many mammals, has demonstrated benefits in improving colitis and potentially mitigating anxiety and depression, as well as enhancing intestinal health in livestock.
The paper highlights the limitations of oral probiotic delivery, primarily due to degradation by gastric acid and digestive enzymes, which results in low bioavailability. Microencapsulation has emerged as a viable strategy to enhance probiotic survival by protecting viable cells within matrices that shield them from environmental stressors. The study focuses on developing two microcapsule systems using sodium alginate (SA) and chitosan (CS) to improve the stability and release profile of L. reuteri. SA provides biocompatibility and gel-forming properties, while CS enhances stability and offers additional protective benefits. The research aims to optimize encapsulation efficiency and release kinetics to improve the colonization efficiency of L. reuteri in the gastrointestinal tract.
Methods
In this study, C57BL/6 mice were selected for experimental procedures, with their weight changes monitored weekly. Fecal samples were collected and stored at -80°C for further analysis. Upon completion of the experiment, blood samples were obtained via eyeball collection, followed by centrifugation at 4 °C and 1006.2 g for 20 minutes to isolate the supernatant, which was also stored at -80 °C.
Dissection of the mice allowed for the collection of the stomach, small intestine, colon, and their contents. The length of the colon, measured from the anus to the cecum, was documented through photographs and recorded measurements. Additionally, a 1 cm segment of colon tissue was preserved in a sterile centrifuge tube, fixed with 4% paraformaldehyde, and stored at -80 °C for subsequent analysis.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicates a clear correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Notably, the results demonstrate that the intervention applied led to a marked improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05 indicating statistical significance.
Furthermore, the results are illustrated through various figures and tables, which provide a visual representation of the data trends and support the conclusions drawn. The findings suggest that the theoretical framework proposed in the study is validated by the empirical evidence, reinforcing the hypothesis that the specific conditions tested yield favorable results. Overall, the results contribute valuable insights to the existing body of knowledge in the field, suggesting potential avenues for future research.
Discussion
The discussion section of the study highlights the development and evaluation of two microencapsulation models for the probiotic L. reuteri A-1, aimed at enhancing its survival through the gastrointestinal tract. The findings indicate that L. reuteri A-1 exhibits poor acid tolerance in simulated gastric juice, with only 7.2% viability after 2 hours, while demonstrating robust survival in simulated pancreatic juice (93.08% viability after 4 hours). The growth kinetics revealed that a 24-hour culture in MRS medium maximizes biomass, while extending the culture duration enhances metabolite accumulation. The optimization of microcapsule formulation involved varying sodium alginate, chitosan, and CaCl₂ concentrations, leading to an embedding rate of 88.64% under optimal conditions, validated by response surface methodology.
In vivo evaluations demonstrated that both microencapsulation models improved the probiotic’s protective effects against DSS-induced colitis, with significant restoration of body weight and colon length compared to untreated controls. The quick-release model showed superior efficacy in modulating inflammatory cytokines and enhancing short-chain fatty acid production, suggesting a more effective colonization and therapeutic potential. The study underscores the importance of targeted delivery and controlled release systems in addressing the limitations of L. reuteri A-1, particularly its gastric acid sensitivity, thereby improving its application in probiotic therapies for inflammatory bowel disease.